Введение

Инертная система снижает вероятность воспламенения горючих материалов, хранящихся в замкнутом пространстве. Наиболее распространенным примером такой системы является топливный бак, содержащий горючую жидкость, такую как бензин, дизельное топливо, авиационный керосин, реактивное топливо или ракетное топливо. После полного заполнения и в процессе использования над топливом остается пространство, называемое ульажем, содержащее испарившееся топливо, смешанное с воздухом, который содержит кислород, необходимый для воспламенения. При определенных условиях эта смесь может воспламениться. Инертная система заменяет воздух газом, не поддерживающим горение, например, азотом.

Принцип действия

Для начала и поддержания горения в ульгаже необходимы три элемента: источник воспламенения (тепло), топливо и кислород. Горение может быть предотвращено путем уменьшения любого из этих трех элементов. Во многих случаях источник воспламенения отсутствует, например, в хранилищах. Если предотвратить появление источника воспламенения невозможно, как это происходит в большинстве резервуаров, подающих топливо в двигатели внутреннего сгорания, то резервуар можно сделать негорючим путем постепенного добавления инертного газа в ульляж по мере расхода топлива. В настоящее время почти исключительно используются углекислый газ или азот, хотя в некоторых системах применяется воздух, обогащенный азотом, или пар. Использование этих инертных газов снижает концентрацию кислорода в ульляже ниже порога воспламенения.

Нефтяные танкеры

Нефтяные танкеры заполняют пространство над нефтяным грузом инертным газом для предотвращения возгорания или взрыва углеводородных паров. Углеводородные пары не горят в воздухе при содержании кислорода менее 11%. Инертный газ может подаваться путем охлаждения и очистки дымовых газов, образующихся в судовых котлах. В случае использования дизельных двигателей, выхлопные газы могут содержать избыточное количество кислорода, поэтому могут быть установлены генераторы инертного газа, работающие на жидком топливе. На трубопроводах, ведущих в танкерские отсеки, устанавливаются обратные клапаны для предотвращения попадания летучих углеводородных паров или аэрозоля в другое оборудование. Установка инертных газовых систем является обязательной на нефтяных танкерах с 1974 года согласно требованиям SOLAS. Международная морская организация (IMO) публикует технический стандарт IMO 860, в котором описаны требования к инертным газовым системам. Другие виды грузов, такие как навалочные химические вещества, также могут перевозиться в инертных танках, но инертный газ должен быть совместим с используемыми химическими веществами.

Самолет

Топливные баки боевых самолетов давно инертны и самогерметичны, но для военных грузовых самолетов и гражданских транспортных самолетов это обычно не так. Первые применения с использованием азота были на Handley Page Halifax III и VIII, Short Stirling и Avro Lincoln B. II, которые включали системы инертизации примерно с 1944 года. Клив Киммел впервые предложил систему инертизации пассажирским авиакомпаниям в начале 1960-х годов. Его предложенная система для пассажирских самолетов использовала бы азот. Однако Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) в то время не обязало устанавливать системы инертизации. Ранние версии системы Киммела весили 2000 фунтов. FAA сосредоточилось на исключении источников воспламенения из топливных баков. FAA официально не предложило облегченные системы инертизации для коммерческих самолетов до катастрофы рейса TWA 800, Boeing 747, в 1996 году. Крушение было вызвано взрывом в топливном баке центрального крыла. Этот бак обычно используется только на очень дальних рейсах, и в момент взрыва в баке было мало топлива. Небольшое количество топлива в баке опаснее, чем большое, поскольку для повышения температуры оставшегося топлива требуется меньше тепла. Это приводит к увеличению соотношения топлива к воздуху в воздушном пространстве (ульге) и превышению нижнего предела воспламеняемости. Небольшое количество топлива в баке оставляет насосы на полу бака подверженными воздействию воздушно-топливной смеси, а электрический насос является потенциальным источником воспламенения. Взрывы Boeing 737 Thai Airways International в 2001 году и Boeing 737 Philippine Airlines в 1990 году также произошли в баках с небольшим количеством остаточного топлива. Эти три взрыва произошли в теплые дни в топливном баке центрального крыла (CWT), который находится в пределах контуров фюзеляжа. Эти топливные баки расположены вблизи внешнего оборудования, которое непреднамеренно нагревает топливные баки. В окончательном отчете Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB) о крушении TWA 747 было заключено: "Пары топлива и воздуха в ульге CWT рейса TWA 800 были воспламеняющимися во время аварии". NTSB определило "Устранение взрывоопасных смесей в топливных баках транспортных самолетов" как пункт №1 в своем списке наиболее приоритетных задач в 1997 году. После крушения рейса TWA 800, в отчете комитета FAA 2001 года говорилось, что американским авиакомпаниям придется потратить 35 миллиардов долларов на модернизацию существующего авиапарка и установку систем инертизации, которые могли бы предотвратить подобные взрывы. Однако другая группа FAA разработала прототип системы инертизации на основе азота, обогащенного воздухом (NEA), который работал на сжатом воздухе, подаваемом двигателями самолета. Кроме того, FAA установило, что топливный бак можно сделать инертным, снизив концентрацию кислорода в ульге до 12%, а не ранее принятый порог 9-10%. Boeing начал тестирование собственной производной системы, успешно выполнив тестовые полеты в 2003 году с несколькими Boeing 747. Новая, упрощенная система инертизации была первоначально предложена FAA в рамках публичных комментариев. В ней используется полый волокнистый мембранный материал, который разделяет подаваемый воздух на азот, обогащенный воздух (NEA), и кислород, обогащенный воздух (OEA). Эта технология широко используется для производства кислорода, обогащенного воздуха, в медицинских целях. Она использует мембрану, которая предпочтительно пропускает молекулу азота (молекулярная масса 28), но не молекулу кислорода (молекулярная масса 32). В отличие от систем инертизации на военных самолетах, эта система инертизации работает непрерывно, чтобы снизить воспламеняемость паров топлива при работе двигателей самолета. Цель состоит в том, чтобы снизить содержание кислорода в топливном баке до 12%, что ниже нормального содержания кислорода в атмосфере (21%), но выше, чем в инертных топливных баках военных самолетов, где целевой показатель составляет 9% кислорода. Инертизация в военных самолетах обычно достигается путем удаления газа, насыщенного парами топлива, из бака в атмосферу.

Правила FAA

После семи лет расследования, как было заявлено, FAA предложило правило в ноябре 2005 года в ответ на рекомендацию NTSB, которое потребует от авиакомпаний "снизить уровень воспламеняемости паров топлива в топливных баках на земле и в воздухе". Это стало отходом от предыдущей 40-летней политики, в рамках которой FAA сосредотачивалось исключительно на снижении возможных источников воспламенения паров топлива. FAA опубликовало окончательное правило 21 июля 2008 года. Правило вносит поправки в нормативные акты, применимые к проектированию новых самолетов (14 CFR §25.981), и вводит новые нормативные акты для обеспечения непрерывной безопасности (14 CFR §26.31–39), требования к эксплуатации для внутренних рейсов (14 CFR §121.1117) и требования к эксплуатации для иностранных авиаперевозчиков (14 CFR §129.117). Нормативные акты применяются к самолетам, сертифицированным после 1 января 1958 года, пассажировместимостью 30 или более человек или грузоподъемностью более 7500 фунтов. Нормативные акты основаны на производительности и не требуют реализации какого-либо конкретного метода. Предлагаемое правило затронет все будущие конструкции самолетов с фиксированным крылом (пассажировместимостью более 30 человек) и потребует модернизации более 3200 самолетов Airbus и Boeing с центральными топливными баками крыла в течение девяти лет. FAA первоначально планировало также обязать установку оборудования на грузовых самолетах, но это требование было исключено администрацией Буша. Кроме того, региональные самолеты и небольшие самолеты местных авиалиний не подпадают под действие этого правила, поскольку FAA не считает их подверженными высокому риску взрыва топливного бака. FAA оценило стоимость программы в 808 миллионов долларов США в течение следующих 49 лет, включая 313 миллионов долларов США на модернизацию существующего парка. Эта стоимость была сопоставлена с предполагаемым "ущербом для общества" в размере 1,2 миллиарда долларов США в случае взрыва крупного авиалайнера в воздухе. Предлагаемое правило было выдвинуто в то время, когда почти половина мощностей авиакомпаний США принадлежала перевозчикам, находившимся в состоянии банкротства. Приказ касается самолетов, кондиционеры которых могут нагревать то, что считается обычно пустым центральным топливным баком крыла. Некоторые самолеты Airbus A320 и Boeing 747 подлежат "немедленным действиям". Что касается новых конструкций самолетов, Airbus A380 не имеет центрального топливного бака крыла и, следовательно, освобожден от этого требования, а Boeing 787 оснащен системой безопасности топливного бака, которая уже соответствует предлагаемому правилу. FAA заявило, что за последние 16 лет произошло четыре взрыва топливных баков – два на земле и два в воздухе – и что, основываясь на этой статистике и оценке FAA о том, что один такой взрыв происходит каждые 60 миллионов часов налета, в ближайшие 50 лет, вероятно, произойдет около 9 таких взрывов. Системы инертного газа, вероятно, предотвратят 8 из этих 9 вероятных взрывов, заявили в FAA. До того, как было предложено правило об инертной системе, Boeing заявил, что начнет устанавливать собственную инертную систему на производимые им авиалайнеры, начиная с 2005 года. Airbus утверждал, что электрическая проводка его самолетов делает инертную систему ненужными расходами. FAA также рассматривало вопрос об ужесточении стандартов бортовых инертных систем. Другие компании разрабатывают новые технологии для обеспечения инертного газа в топливных баках: система генерации инертного газа на борту (OBIGGS), испытанная в 2004 году FAA и NASA, с заключением FAA, опубликованным в 2005 году. В настоящее время эта система используется во многих типах военных самолетов, включая C-17. Эта система обеспечивает уровень безопасности, на основе которого были разработаны предлагаемые FAA правила об ужесточении стандартов. Критики этой системы указывают на высокие затраты на техническое обслуживание, о которых сообщают военные. Три независимые научно-исследовательские компании предложили новые технологии в ответ на гранты FAA и SBA на исследования и разработки. Целью этих грантов является разработка системы, превосходящей OBIGGS, которая может заменить классические методы инертной обработки. Ни один из этих подходов не был подтвержден в научном сообществе, и эти усилия не привели к созданию коммерчески доступных продуктов. Все компании опубликовали пресс-релизы или выступили с докладами, не прошедшими рецензирование.

Другие методы

Другой метод, применяемый в настоящее время для создания инертной среды в топливных баках, – это система поддержания газового пространства (ульги). FAA пришла к выводу, что дополнительный вес такой системы делает её нецелесообразной для использования в авиации. Некоторые военные самолеты США по-прежнему используют системы инертного заполнения на основе азотной пены, а некоторые компании перевозят контейнеры с топливом, оснащенные системой поддержания газового пространства, по железнодорожным маршрутам.